雙通道矢量信號分析儀測試系統延遲特性

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測試目的

使用雙通道分析儀測試兩路相位相參的調制信號間的時(shí)間關(guān)系，驗證該方案在兩項應用中的可行性。一方面驗證使用相關(guān)技術(shù)方法測試信號間時(shí)間關(guān)系的可行性，另一方面通過(guò)對被測電路的輸出和輸入信號的相關(guān)測試，得到電路在復雜激勵狀態(tài)下的延遲特性。通過(guò)測試，檢驗Agilent 雙通道矢量信號分析儀完成雙路調制信號時(shí)間關(guān)系的分析測試功能和性能。

測試原理

工程應用中，通常需要對兩路信號進(jìn)行幅度和時(shí)間相位關(guān)系的比較。特別是針對于分集接收機，相控陣雷達，MIMO系統等，這些系統中存在多路相位相參的調制信號。示波器是完成多路信號時(shí)域比較測試的標準儀表。對于正弦波，方波，脈沖調制等信號進(jìn)行時(shí)間差分析是較容易實(shí)現的。先進(jìn)的高采樣示波器也可提供非常高的時(shí)域分辨率，但對于一些連續的復雜調制信號，由于很難確定信號的觸發(fā)比較點(diǎn)，直接通過(guò)時(shí)域電壓波形的比較是不能確定兩路連續調制信號的時(shí)間關(guān)系的。



圖1兩路相參調制信號時(shí)間差值參數的測試結果

對于電子系統中的關(guān)鍵電路，往往需要測試其傳輸和反射特性，如放大器的增益，延遲，端口駐波等參數。網(wǎng)絡(luò )分析儀是測試器件傳輸和反射參數的重要儀表，具備非常高的測試精度，網(wǎng)絡(luò )分析儀在測試被測器件參數時(shí)，是通過(guò)掃頻信號激勵來(lái)完成參數測試的。對于放大器等有源器件來(lái)說(shuō)，掃頻的激勵信號測試是很難反映器件的 AM/PM特性對信號參數的影響的，而器件在實(shí)際工作狀態(tài)下，由于激勵的為復雜調制信號，特別是相位調制的非恒定包絡(luò )激勵信號會(huì )引起器件的AM/PM效應。所以，網(wǎng)絡(luò )分析儀的掃頻測試結果很難精確反映電路在實(shí)際工作狀態(tài)下的延遲特性等參數。

針對上述測試問(wèn)題，可以通過(guò)相關(guān)運算來(lái)確定任意信號間的時(shí)間關(guān)系。相關(guān)運算能反映兩路相參信號間的時(shí)間關(guān)系，通過(guò)兩路相參信號的相關(guān)運算，在信號時(shí)延差的位置上會(huì )出現相關(guān)數值的峰值。

Agilent 雙通道矢量信號分析儀具備對兩路信號的相關(guān)處理能力， 同時(shí)，儀表的兩個(gè)測試通道間具備相參的能力。

測試過(guò)程

使用Agilent E4438C 矢量信號源輸出QPSK 調制信號，通過(guò)功分處理后，信號1 作為參考信號，信號2 輸入到被測的延遲標準件中，被測器件輸出信號作為相關(guān)處理的信號。分析儀使用Agilent 81204A 寬帶示波器，示波器完成對兩路信號的采樣，示波器的兩個(gè)采集通道間保持相參關(guān)系，相關(guān)處理及其它參數的計算分析通過(guò)Agilent 89601A 矢量分析軟件完成。

兩路相參信號相關(guān)運算處理功能驗證

測試結果(見(jiàn)圖1)表明，利用Agilent 89601A+81204A 可完成對兩路相參調制信號時(shí)間差值參數的測試。相關(guān)函數峰值的數值為兩路信號間的時(shí)間差。Agilent 89601A 矢量分析軟件可同時(shí)顯示兩路獨立信號的頻譜、時(shí)域和相關(guān)運算等參數。提供對多路信號的完成測試能力。

測試儀表系統延遲校準

調制信號設置： 載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm


調制方式：QPSK, 調制比特速率：100Mbps

為消除儀表和測試電纜、轉接頭等附件引起的系統誤差。將連接被測器件輸入/輸出端的電纜連接為直通狀態(tài)。測試得到系統兩個(gè)通道的延遲為2.734375ns。

被測器件延遲參數測試

調制信號設置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm

調制方式：QPSK, 調制比特速率：100Mbps

將測試電纜連接到被測器件，在相同的激勵狀態(tài)下，測試兩路信號的延遲參數。測試結果為14.0625ns。

這樣，被測延遲的延遲參數為： 14.0635-2.734375=11.328ns。



圖2：相關(guān)處理分辨率性能

該結果與矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀測試的結果是一致的。驗證了相關(guān)測試方法的正確性以及儀表的測試能力和測試精度。圖2為網(wǎng)絡(luò )分析儀測試時(shí)延的結果。

表1 相關(guān)測試的指標



儀表的相關(guān)處理性能

測試儀在完成相關(guān)處理時(shí)，相關(guān)函數計算出的時(shí)間范圍和分辨率與測試儀的性能和測試時(shí)的設置有直接關(guān)系。表1 為影響測試性能的重要設置。

矢量分析軟件是通過(guò)對儀表采集的數據進(jìn)行計算，得到兩路信號的相關(guān)函數，相關(guān)處理的時(shí)間分辨率由儀表的采樣速率決定，儀表的實(shí)際信號采樣速率通過(guò)頻譜測試的掃頻寬度確定。圖3 所示為一個(gè)測試實(shí)例，儀表的頻譜測試帶寬為2GHz，此時(shí)，采樣間隔為：

1/(1.28×2GHz)=0.390ns=390ps

時(shí)間分辨率參數可在相關(guān)函數顯示中連續相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔測量中確定。

儀表測試靈敏度

當被測信號幅度降低時(shí)，儀表采集信號的信噪比惡化。會(huì )影響到測試結果的精度和正確性。圖4中，輸入信號的功率為-60dBm，通過(guò)81204A 寬帶示波器的采集和軟件分析，還可明顯反映兩路信號的相關(guān)關(guān)系。



圖3：測試靈敏度實(shí)驗


信號帶寬對測試結果的影響

調制信號設置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm

調制方式：QP SK, 調制比特速率：20Mbps

對于調制帶寬較窄的信號，分析儀在測試時(shí)只需要低的采樣速率即可完成測試，但降低采樣速率會(huì )使相關(guān)處理的時(shí)間分辨率降低。然而，如果對窄調制帶寬的信號采用高速率采樣，又會(huì )使更多的寬帶噪聲信號被采集，從而使兩路信號中包含了更多的不相關(guān)的噪聲，使兩路信號的相關(guān)性降低，最終使相關(guān)峰值的讀值降低。所以，相關(guān)處理對于高帶寬調制信號的相關(guān)處理，具備更好的測試分辨率。

脈沖調制信號的相關(guān)測試

調制信號設置：載波頻率：2GHz， 輸出功率: 0dBm

調制方式：QPSK, 調制比特速率：100Mbps

脈沖寬度：4ms，脈沖重復周期：20ms

對于脈沖調制的信號，需要使用觸發(fā)功能得到穩定的測試結果。Agilent 矢量分析儀支持靈活的內外觸發(fā)方式。對于脈沖形式的信號，同樣可以得到穩定的測試結果。

結語(yǔ)

使用相關(guān)處理的方法，可方便地確定兩路相參調制信號的時(shí)間關(guān)系。該功能還可應用于在復雜激勵調制下的延遲參數測試，該功能特別適用于寬帶復雜調制信號的分析測試。對于雙路窄帶調制信號或正弦波信號的分析，網(wǎng)絡(luò )分析儀具備600kHz 帶寬的精確測試能力。

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